一种柔性仿海豹胡须水下流场传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性仿海豹胡须水下流场传感器及其制备方法。所述传感器包括：仿生胡须柱体、柔性柱体、柔性基底和压阻单元；柔性基底上设置柔性柱体；柔性柱体上设置仿生胡须柱体；仿生胡须柱体具有波浪状的仿斑海豹胡须外形；柔性柱体的侧表面上布设压阻单元；压阻单元通过所述柔性基底引线；压阻单元用于将柔性柱体上产生的应变转换为电信号，以探测水下流场。本发明专利技术能降低水下流场探测的噪声。本发明专利技术能降低水下流场探测的噪声。本发明专利技术能降低水下流场探测的噪声。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性仿海豹胡须水下流场传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及流场检测领域，特别是涉及一种柔性仿海豹胡须水下流场传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]小型化、轻型化、柔性化的流场传感器对水下无人潜航器具有重大意义，可以协助航行器实现高隐蔽、低噪音的环境探测，实现自主巡航与避障，甚至追踪鱼类等水下物体，具有广阔的应用前景。受到海洋生物的启发，目前在这一领域的研究集中于各式柱状的流场传感器。但是，由于卡门涡街效应，当柱杆暴露在水流中时，柱杆下游会产生周期性的涡街，这种涡街会使柱杆发生强烈的振动，因而表现为传感器的强烈噪声。

技术实现思路

[0003]基于此，本专利技术实施例提供一种柔性仿海豹胡须水下流场传感器及其制备方法，以降低水下流场探测的噪声。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]一种柔性仿海豹胡须水下流场传感器，包括：仿生胡须柱体、柔性柱体、柔性基底和压阻单元；
[0006]所述柔性基底上设置所述柔性柱体；所述柔性柱体上设置所述仿生胡须柱体；所述仿生胡须柱体具有波浪状的仿斑海豹胡须外形；所述柔性柱体的侧表面上布设所述压阻单元；所述压阻单元通过所述柔性基底引线；所述压阻单元用于将所述柔性柱体上产生的应变转换为电信号，以探测水下流场。
[0007]可选的，所述仿生胡须柱体的截面呈椭圆形，所述仿生胡须柱体的截面尺寸沿着须轴方向周期性变化。
[0008]可选的，所述压阻单元为碳纳米管与银纳米颗粒混合物；
[0009]所述柔性柱体的侧表面上开设多个微流单元；各所述微流单元中均放置所述碳纳米管与银纳米颗粒混合物；所述柔性基底上开设多个通孔；
[0010]所述微流单元包括两个沿所述柔性柱体轴向开设的微流道；两个所述微流道靠近所述仿生胡须柱体的两端连通；两个所述微流道靠近所述柔性基底的两端分别通过一个所述通孔引线，以使得每一个所述微流道连接一个电连接端。
[0011]可选的，所述柔性柱体与所述柔性基底的材质均为聚二甲基硅氧烷。
[0012]可选的，所述微流道内设置有单向尖状微纹理。
[0013]可选的，所述压阻单元利用液体定向连续运输原理覆盖在所述微流道表面。
[0014]可选的，所述微流单元中两个所述微流道靠近所述柔性基底的两端之间的距离大于或等于两个所述微流道靠近所述仿生胡须柱体的两端之间的距离。
[0015]可选的，所述柔性柱体的侧表面上沿周向均匀开设四个微流单元；所述柔性基底上的所述通孔的数量为八个。
[0016]本专利技术还提供了一种柔性仿海豹胡须水下流场传感器的制备方法，包括：
[0017]利用光固化打印技术打印仿生胡须柱体；所述仿生胡须柱体具有波浪状的仿斑海豹胡须外形；
[0018]利用光固化打印技术打印模具；所述模具用于制备柔性柱体和柔性基底；
[0019]将所述模具固定在所述仿生胡须柱体的底部，在所述模具上浇筑聚二甲基硅氧烷，并利用翻模技术形成所述柔性柱体与所述柔性基底；所述柔性柱体的侧表面上具有多个微流单元；所述微流单元包括两个沿所述柔性柱体轴向开设的微流道；两个所述微流道靠近所述仿生胡须柱体的两端连通；
[0020]利用等离子体处理技术对所述柔性柱体与所述柔性基底进行处理，形成亲水表面；
[0021]将电阻单元放置在所述微流单元中；所述微流单元中的每个所述微流道分别通过所述柔性基底上的一个通孔引线，以使得每一个所述微流道连接一个电连接端；
[0022]将聚二甲基硅氧烷喷在所述微流单元的表面，形成防水薄膜，从而得到柔性仿海豹胡须水下流场传感器。
[0023]可选的，所述压阻单元为碳纳米管与银纳米颗粒混合物；
[0024]所述将电阻单元放置在所述微流单元中，具体包括：
[0025]将所述碳纳米管与银纳米颗粒混合物滴入所述微流单元中，利用液体定向连续运输原理覆盖所述微流单元的表面。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0027]本专利技术实施例提出了一种柔性仿海豹胡须水下流场传感器及其制备方法，所述传感器包括：仿生胡须柱体、柔性柱体、柔性基底和压阻单元；柔性基底上设置柔性柱体；柔性柱体上设置仿生胡须柱体；仿生胡须柱体具有波浪状的仿斑海豹胡须外形；柔性柱体的侧表面上布设压阻单元；压阻单元通过柔性基底引线；压阻单元用于将柔性柱体上产生的应变转换为电信号，以探测水下流场。本专利技术采用具有仿斑海豹胡须外形的仿生胡须柱体，使得仿生海豹胡须柱体具有同真实海豹相同的外形轮廓，可以抑制下游卡门涡街的形成，降低胡须柱受到的流场阻力，抑制胡须柱的涡激振动，显著降低涡激振动引起的传感器噪声，因此，能实现低噪声的水下流场探测，且体积小，成本低，可集成化水平高，便于制造。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为海豹胡须的外形示意图；
[0030]图2为海豹胡须、圆柱、椭圆柱的尾迹对比示意图；
[0031]图3为本专利技术实施例提供的柔性仿海豹胡须水下流场传感器的结构示意图；
[0032]图4为本专利技术实施例提供的柔性仿海豹胡须水下流场传感器的结构俯视图；
[0033]图5为本专利技术实施例提供的柔性仿海豹胡须水下流场传感器的柔性柱体局部放大图；
[0034]图6为本专利技术实施例提供的柔性仿海豹胡须水下流场传感器的微流道局部放大图；
[0035]图7为本专利技术实施例提供的柔性仿海豹胡须水下流场传感器四个压阻单元随着攻角变化的信号输出示意图；
[0036]图8为本专利技术实施例提供的柔性仿海豹胡须水下流场传感器在不同水流攻角下的流速输出对比图；
[0037]图9为本专利技术实施例提供的柔性仿海豹胡须水下流场传感器在不同水流攻角下的涡激振动幅值对比图；
[0038]图10为本实施例提供的柔性仿海豹胡须水下流场传感器的制备过程图。
具体实施方式
[0039]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0040]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0041]图1为海豹胡须的外形示意图。参见图1，海豹胡须具有波浪状的外廓，截面呈椭圆形，截面尺寸沿着须轴方向周期性变化。其中，M为波动周期的一半，等于0.91mm。a和b为椭圆截面的长轴和短轴，分别为0.595mm和0.24mm。K和l为椭圆截面的长轴和短轴，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性仿海豹胡须水下流场传感器，其特征在于，包括：仿生胡须柱体、柔性柱体、柔性基底和压阻单元；所述柔性基底上设置所述柔性柱体；所述柔性柱体上设置所述仿生胡须柱体；所述仿生胡须柱体具有波浪状的仿斑海豹胡须外形；所述柔性柱体的侧表面上布设所述压阻单元；所述压阻单元通过所述柔性基底引线；所述压阻单元用于将所述柔性柱体上产生的应变转换为电信号，以探测水下流场。2.根据权利要求1所述的一种柔性仿海豹胡须水下流场传感器，其特征在于，所述仿生胡须柱体的截面呈椭圆形，所述仿生胡须柱体的截面尺寸沿着须轴方向周期性变化。3.根据权利要求1所述的一种柔性仿海豹胡须水下流场传感器，其特征在于，所述压阻单元为碳纳米管与银纳米颗粒混合物；所述柔性柱体的侧表面上开设多个微流单元；各所述微流单元中均放置所述碳纳米管与银纳米颗粒混合物；所述柔性基底上开设多个通孔；所述微流单元包括两个沿所述柔性柱体轴向开设的微流道；两个所述微流道靠近所述仿生胡须柱体的两端连通；两个所述微流道靠近所述柔性基底的两端分别通过一个所述通孔引线，以使得每一个所述微流道连接一个电连接端。4.根据权利要求1所述的一种柔性仿海豹胡须水下流场传感器，其特征在于，所述柔性柱体与所述柔性基底的材质均为聚二甲基硅氧烷。5.根据权利要求3所述的一种柔性仿海豹胡须水下流场传感器，其特征在于，所述微流道内设置有单向尖状微纹理。6.根据权利要求1所述的一种柔性仿海豹胡须水下流场传感器，其特征在于，所述压阻单元利用液体定向连续运输原理覆盖在所述微流道表面。7.根据权利要求3所述的一种柔性仿海豹胡须水下流场传感器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋永刚，刘公超，胡心宁，张德远，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：